Acuan Suntikan Plastik Aeroangkasa: Komponen Utama, Pertimbangan Reka Bentuk, Bahan dan Trend Masa Depan
Tujuh minggu lalu, pengurus kualiti kontraktor pertahanan menghantar kepada kami gambar perumah penyambung PEEK yang mula retak pada barisan pemasangan. Bahagian daripada kumpulan pengeluaran yang sama, pembekal yang sama, lot bahan yang sama-ada yang sempurna, ada yang gagal. Kata-kata tepatnya: "Kami telah menggunakan pembekal ini selama tiga tahun dan kini semuanya berantakan."
Kami tidak mengambil projek itu. Bukan kerana kami tidak dapat mengetahui apa yang salah-puncanya jelas dalam masa sejam selepas melihat rekod proses mereka-tetapi kerana masalah sebenar bukanlah bahagiannya. Masalah sebenar ialah proses kelayakan pembekal mereka tidak pernah bertanya soalan yang betul pada mulanya.
Keadaan itu muncul di pintu kami kira-kira sekali sebulan sekarang. Seseorang melayakkan pembekal berdasarkan pensijilan dan harga, menjalankan pengeluaran selama satu atau dua tahun tanpa masalah, kemudian sesuatu berubah dan tiba-tiba tiada apa-apa yang berfungsi. Pembekal bersumpah tiada perubahan. Pelanggan tidak mempunyai data proses untuk membuktikan sebaliknya. Semua orang menuding jari semasa barisan pengeluaran terbiar.
Kebenaran Tidak Selesa Mengenai Projek Penukaran Plastik Aeroangkasa
Ekonomi penukaran logam-ke-plastik kelihatan hebat di atas kertas. Penjimatan berat kompaun melalui kos bahan api sepanjang hayat perkhidmatan pesawat. Kos unit turun separuh atau lebih pada volum. Masa plumbum memampatkan dari bulan ke minggu.
Kerjasama Aitiip-Liebherr yang disebut di mana-mana-40% pengurangan berat, 30% penjimatan kos-mewakili apa yang berlaku apabila semuanya berjalan lancar. Apa yang tidak termasuk dalam kajian kes tersebut: lapan belas bulan pembangunan proses, tiga lelaran perkakas, pelaburan peralatan khusus yang membolehkan nombor tersebut.
Kami memetik program pendakap suku lepas di mana kos pemesinan aluminium penyandang pelanggan bernilai kira-kira $400 seunit. Sebut harga acuan suntikan kami masuk di bawah $60. Keputusan yang jelas, bukan?
Kecuali pendakap aluminium mempunyai permukaan pengedap bermesin dengan keperluan kemasan 0.4 Ra. Mencapai kualiti permukaan itu terus dari acuan memerlukan pengubahsuaian perkakas yang menambah $35,000 kepada kos alat. Atau kita boleh membentuknya dan kemudian memesin permukaan pengedap-yang menambahkan pengendalian, operasi sekunder dan menaikkan semula kos unit sehingga $85.
Masih projek yang bagus. Masih penjimatan yang ketara. Tetapi jurang antara nombor tajuk dan nombor sebenar penting apabila kewangan melakukan pengiraan bayaran balik. Projek terbunuh atas jurang itu. Projek yang baik, projek yang sepatutnya berlaku, mati kerana seseorang membentangkan kes optimis terlebih dahulu dan kemudian terpaksa meneruskannya.
Apakah Pemprosesan PEEK Sebenarnya Memerlukan
Lembaran data bahan daripada Victrex dan Solvay menerbitkan parameter pemprosesan yang berfungsi dengan baik untuk aplikasi industri. Parameter tersebut akan menghasilkan bahagian aeroangkasa yang lulus pemeriksaan dimensi dan gagal dalam perkhidmatan.
Suhu acuan adalah contoh yang jelas. Minimum yang diterbitkan adalah sekitar160 darjah. Bahagian yang dibentuk pada suhu itu kelihatan betul, mengukur dengan betul, dan mungkin mempunyai kehabluran 25%. Bahagian yang dibentuk pada190-200 darjahmencapai 35%+ kehabluran. Perbezaan hayat keletihan bukan bertambah-ia berganda.
Masalahnya ialah berlari200 darjahsuhu acuan memerlukan sistem pemanasan minyak, reka bentuk acuan dengan jisim terma yang betul, dan kawalan proses yang kebanyakan kemudahan tidak mempunyai. Sebuah kedai yang menjalankan kawalan suhu air panas muncul di sekeliling95 darjah. Mereka masih boleh membentuk PEEK. Bahagian masih akan dihantar. Bahagian masih akan gagal, akhirnya, dengan cara yang sangat sukar untuk dikesan kembali ke keadaan pemprosesan.
Gred diisi{0}}karbon menambah lapisan lain. Pemanasan ricih daripada pengisi gentian karbon mengubah profil terma melalui tong. Geometri skru standard yang berfungsi dengan baik untuk bahan-kaca menghasilkan titik panas dengan isian karbon. Bahan merosot secara tempatan sebelum ia mencapai acuan. Anda tidak boleh melihatnya. Anda tidak boleh mengukurnya pada pemeriksaan masuk. Anda mengetahui apabila bahagian mula gagal di lapangan.
Tiada pensijilan yang mengesahkan keupayaan khusus ini. AS9100 meliputi sistem kualiti. NADCAP merangkumi proses khas. Tidak ada yang bertanya sama ada kemudahan itu benar-benar boleh bertahan200 darjahsuhu acuan dalam±3 darjahmerentas berbilang-alat rongga semasa menjalankan-karbon yang diisi PEEK. Soalan itu hanya dijawab semasa audit kelayakan pembekal-jika juruaudit tahu menanyakannya.
Masalah Pensijilan Tiada Siapa Bicarakan
Pendaftaran AS9100D bermakna syarikat telah mendokumenkan proses pengurusan kualiti. Ini tidak bermakna mereka boleh membuat bahagian anda. Kami telah melihat kemudahan yang diperakui AS9100-mengutip projek polimer suhu tinggi apabila peralatan mereka secara fizikal tidak dapat mencapai keadaan proses yang diperlukan.
Ini tidak semestinya penipuan. Banyak kemudahan benar-benar percaya bahawa mereka boleh memproses sebarang termoplastik kerana mesin dinilai untuk julat suhu. Mereka tidak faham bahawa penarafan dan keupayaan berterusan adalah perkara yang berbeza, atau keperluan proses khusus bahan- wujud melebihi apa yang dinyatakan secara eksplisit oleh lembaran data.
Akreditasi NADCAP memberikan lebih keyakinan kerana ia mengesahkan proses pembuatan khusus dan bukannya sistem umum. Tetapi skop akreditasi penting. Kemudahan yang diakreditasi untuk proses pengacuan suntikan standard mungkin tidak pernah menjalankan polimer suhu-tinggi melalui sel bertauliah itu. Akreditasi merangkumi proses, bukan semua bahan yang mungkin boleh diproses secara teori.
Soalan audit yang sebenarnya penting tiada kaitan dengan sijil. Ia melibatkan parameter proses khusus untuk bahan khusus pada program anda, kajian keupayaan proses yang didokumenkan dan data hasil sejarah pada aplikasi yang serupa. Jika pembekal tidak dapat mengemukakan dokumentasi itu, pensijilan itu tidak berkaitan.
Pemilihan Bahan Di Luar Lembaran Data
PEEK mendominasi perbualan plastik aeroangkasa kerana ia mengendalikan julat terluas -suhu, bahan kimia, tekanan mekanikal, sinaran. Ia juga berharga kira-kira $100 sekilogram, yang bermaksud kos bahan menjadi ketara pada sebarang jumlah yang munasabah.
PPS
PPS mengendalikan banyak aplikasi yang sama pada $25-30 sekilogram. Pertukaran adalah tingkap pemprosesan yang lebih sempit, rintangan hentaman yang lebih rendah dan lebih kepekaan terhadap kesan orientasi gentian. Untuk komponen yang akan melihat terutamanya beban statik dalam persekitaran yang agresif secara kimia, PPS selalunya lebih masuk akal daripada PEEK. Untuk apa-apa sahaja dengan pemuatan dinamik atau keperluan impak, perbezaan kos adalah tidak relevan.
Ultem
Ultem muncul dalam perumah elektrik dan elektronik kerana sifat dielektriknya dan rintangan nyalaan yang wujud. Suhu pemprosesan lebih rendah daripada PEEK, keperluan peralatan kurang menuntut dan kos bahan jatuh di antaranya. Untuk aplikasi yang prestasi elektrik lebih penting daripada prestasi mekanikal, Ultem mengelakkan kos dan komplikasi pemprosesan PEEK tanpa menjejaskan fungsi.
Perbualan tentang pemilihan bahan biasanya berlaku terlalu lewat dalam proses pembangunan. Pada masa bahagian mencapai peringkat sebut harga, kejuruteraan telah menetapkan bahan berdasarkan sifat yang diterbitkan tanpa mengambil kira implikasi pembuatan. Menukar bahan pada ketika itu memerlukan-pengesahan semula, lukisan yang dikemas kini, peralatan yang berpotensi baharu-yang kesemuanya menambah kos dan kelewatan yang boleh dielakkan dengan penglibatan pembekal lebih awal.
Pelaburan Perkakas dan Ekonomi Program
Alat acuan suntikan untuk aplikasi aeroangkasa biasanya berjalan antara $50,000 dan $150,000 bergantung pada kerumitan. Nombor itu mencipta kejutan pelekat untuk program yang telah membeli bahagian mesin secara sejarah tanpa pelaburan perkakas.
Perbandingan itu tidak bermakna. Bahagian bermesin membawa kos perkakasnya dalam setiap unit-lekapan, pengaturcaraan, persediaan mesin dan kelayakan. Kos tersebut hanya tertanam dalam harga sekeping dan bukannya dipanggil secara berasingan. Bahagian dimesin $400 mungkin termasuk $80 daripada kos persediaan dan pengaturcaraan terlunas yang tiada siapa menjejaki kerana tiada item baris untuknya.
Lebih penting lagi, pelaburan perkakas mewujudkan leverage. Setelah alat itu wujud dan layak, kos tambahan bahagian tambahan menghampiri bahan mentah ditambah masa kitaran. Pengeluaran boleh berskala dengan permintaan. Pesanan tergesa-gesa menjadi mungkin. Perubahan reka bentuk yang memerlukan-pengaturcaraan semula yang lengkap untuk pemesinan menjadi pengubahsuaian alat yang mengekalkan pengesahan proses.
Program yang tidak masuk akal pengacuan suntikan ialah aplikasi campuran-bervolume rendah, tinggi-di mana perkakas tidak dapat melunaskan dengan berkesan dan geometri sering berubah. Di bawah kira-kira 500 jumlah unit seumur hidup, pemesinan biasanya menang. Di atas ambang itu, pengiraan berubah bergantung pada kerumitan bahagian, keperluan toleransi dan tempoh program.
Apakah Kelayakan Yang Terlibat Sebenarnya
Pemeriksaan artikel pertama untuk bahagian acuan suntikan aeroangkasa lebih terlibat daripada jangkaan kebanyakan pembeli. FAI itu sendiri ialah pengesahan dimensi-yang mudah terhadap lukisan, pensijilan bahan, dokumentasi parameter proses. Pengesahan proses yang mendahului FAI ialah di mana program berjaya atau gagal.
Pemantauan tekanan ronggapada bahagian kelayakan menetapkan tandatangan proses yang dijalankan pengeluaran mesti sepadan. Ini bukan pilihan untuk aplikasi kritikal. Surih tekanan rongga menunjukkan sama ada bahagian itu diisi dengan betul, dibungkus dengan betul dan disejukkan dengan betul pada setiap pukulan tunggal. Bahagian yang mengukur dengan betul tetapi mempunyai kesan tekanan yang tidak normal menunjukkan ketidakstabilan proses yang akhirnya akan menghasilkan kecacatan.
Pengesahan kehabluranpenting untuk PEEK dan bahan separa-hablur lain. Analisis DSC pada sampel kelayakan menetapkan tahap kehabluran asas. Bahagian pengeluaran boleh-disemak tepat pada garis dasar tersebut. Apabila proses pembekal hanyut-sengaja atau tidak-kehabluran selalunya merupakan penunjuk pertama bahawa sesuatu telah berubah.
Keupayaan proses statistikmemerlukan saiz sampel yang dikira daripada bilangan dimensi kritikal dan tahap keyakinan yang diperlukan. Tiga puluh-dua sampel untuk bahagian dengan tiga dimensi kritikal pada Cpk 1.33 tidak mencukupi. Matematik tidak rumit tetapi ia sering dilakukan dengan salah, menyebabkan kajian keupayaan yang sebenarnya tidak menunjukkan keupayaan.
Membaca Cadangan dan Mengenalpasti Bendera Merah
Sebut harga memberitahu anda lebih banyak tentang keupayaan sebenar pembekal daripada pembentangan keupayaan mereka.
Anggaran masa utama yang kelihatan sama merentas kerumitan bahagian yang berbeza menunjukkan pembekal sebenarnya tidak menilai keperluan khusus anda. Alat rongga tunggal-mudah dalam keluli P20 mempunyai masa pendahuluan yang berbeza daripada alat empat-rongga dalam H13 dengan penyejukan konformal. Jika petikan menyatakan "16 minggu" untuk kedua-duanya, seseorang menggunakan templat dan bukannya melakukan kejuruteraan.
Spesifikasi bahan yang ditulis sebagai "PEEK atau setara" tanpa butiran gred menunjukkan pembekal yang merancang untuk membeli-belah pilihan termurah yang memenuhi syarat teknikal. Untuk aplikasi struktur, perbezaan antara PEEK 450G dan 150G bukanlah perkara remeh. Jika sebut harga tidak bertanya gred mana, pembekal tidak memahami permohonan itu.
Kuantiti artikel pertama dalam nombor bulat-tepat 50, tepat 100-mencadangkan saiz sampel tidak dikira berdasarkan keperluan toleransi khusus anda. Saiz sampel pengesahan keupayaan proses bergantung pada bilangan ciri kritikal dan tahap keyakinan yang diperlukan. Pengiraan jarang menghasilkan nombor bulat.
Harga sekeping yang menurun secara mendadak pada volum yang tidak akan dicapai oleh program menunjukkan pembekal membeli perniagaan dengan nombor tajuk yang menarik. Jika volum tahunan anda ialah 2,000 keping dan petikan menunjukkan harga yang menarik pada 10,000, harga itu tidak relevan. Lihat nombor yang sepadan dengan keperluan sebenar anda.
Realiti Garis Masa Pembangunan
Program pengacuan suntikan aeroangkasa baharu memerlukan 20-30 minggu dari penglibatan awal kepada bahagian yang layak dalam keadaan biasa. Garis masa itu termasuk analisis DFM, reka bentuk alat, binaan alat, pembangunan proses, pemeriksaan artikel pertama dan dokumentasi kelayakan.
Percubaan untuk memampatkan garis masa itu biasanya gagal. Binaan alat boleh dipercepatkan dengan membuang wang padanya-lebih masa, bahan premium, kapasiti khusus. Pembangunan proses tidak boleh dimampatkan kerana fizik menentukan berapa lama ujian bahan, kajian proses dan kelayakan berjalan sebenarnya. Keluli menyejuk pada kadar ia sejuk. Polimer menghablur pada kadar ia menghablur.
Program yang bermula dengan garis masa yang agresif biasanya berakhir lewat daripada program yang bermula dengan garis masa yang realistik. Jadual yang agresif menimbulkan tekanan untuk melangkau langkah pembangunan proses yang kemudiannya mesti diulang apabila masalah muncul dalam pengeluaran. Alat yang dihantar dua minggu lebih awal tetapi menghasilkan bahagian dengan kadar sekerap 15% sebenarnya tidak mendahului jadual.
Garis masa kecemasan untuk alatan sedia ada yang layak adalah berbeza. Mengalihkan alatan yang layak antara kemudahan atau memulakan semula pengeluaran selepas jeda boleh berlaku dalam beberapa minggu berbanding bulan kerana pembangunan proses telah berlaku. Program baharu tidak mempunyai pilihan itu.
Apabila Pengacuan Suntikan Bukan Jawapannya
Sesetengah aplikasi aeroangkasa tidak boleh dibentuk suntikan tanpa mengira ekonomi volum.
Komponen dengan penaik tekanan pekat dalam orientasi yang tidak dapat diramalkan berprestasi tidak konsisten dalam-termoplastik bertetulang gentian. Orientasi gentian mengikut corak aliran yang bergantung pada lokasi get, bahagian geometri dan kelajuan isian. Bahagiannya kuat di mana gentian sejajar dengan tekanan dan lemah jika tidak. Meramal dan mengawal orientasi gentian memerlukan keupayaan simulasi dan kawalan pemprosesan yang menambah kos dan kerumitan.
Permukaan pengedap yang memerlukan kemasan melebihi apa yang boleh dicapai secara langsung memerlukan pemesinan sekunder. Pemesinan itu membebaskan tekanan sisa daripada proses pengacuan dan boleh menyebabkan peralihan dimensi pada ciri yang diukur dengan betul sebelum pemesinan. Gabungan pengacuan ditambah pemesinan menambah tindanan toleransi-yang dielakkan oleh pemesinan tulen atau pengacuan tulen.
Bahagian yang memerlukan-pemasangan acuan dengan muat gangguan atau tekan-dalam sisipan memerlukan kestabilan dimensi dari semasa ke semasa yang tidak dapat disediakan oleh sesetengah polimer. Rayapan dan kelonggaran tekanan dalam termoplastik menyebabkan gangguan padatan melonggarkan selama berbulan-bulan atau bertahun-tahun. Reka bentuk yang berfungsi dengan sempurna dalam aluminium mungkin memerlukan perubahan asas untuk berfungsi dalam plastik.
Toleransi geometri yang sangat ketat pada bahagian besar mengalami perbezaan pengembangan haba antara plastik dan peralatan pengukuran. Bahagian plastik 300mm yang diukur pada 20 darjah akan berbeza dengan ketara pada 35 darjah. Menentukan keadaan pengukuran menjadi sebahagian daripada spesifikasi dimensi, dan tidak semua kemudahan pemeriksaan boleh mengekalkan kawalan persekitaran yang diperlukan.
Memulakan Perbualan
Jika terdapat projek pengacuan suntikan plastik aeroangkasa di atas meja anda-pembangunan baharu, masalah pembekal sedia ada, penilaian penukaran logam-laluan ke hadapan bergantung pada tempat anda berada dalam proses.
Faedah pemilihan bahan peringkat awal-daripada input pembekal sebelum kejuruteraan memuktamadkan spesifikasi. Implikasi pembuatan pilihan bahan mempengaruhi ekonomi projek dengan cara yang tidak dapat dilihat oleh perbandingan lembaran data. Melibatkan bakal pembekal semasa pemilihan bahan dan bukannya selepas menghalang keputusan spesifikasi yang menimbulkan masalah hiliran.
Program dengan reka bentuk sedia ada memerlukan penilaian kebolehkilangan sebelum sebut harga. Analisis DFM mengenal pasti isu yang mungkin timbul semasa nyahpepijat alat atau tanjakan pengeluaran. Kos analisis adalah remeh berbanding kos pengubahsuaian alat atau masalah kualiti pengeluaran.
Situasi pembekal semasa yang tidak berfungsi memerlukan penilaian yang jujur sama ada masalah itu boleh diselesaikan dengan pembekal semasa atau memerlukan kelayakan sumber alternatif. Kadangkala jawapannya ialah penambahbaikan proses pada pembekal sedia ada. Kadangkala jawapannya bermula semula dengan seseorang yang mempunyai keupayaan yang betul.
Kami mengendalikan semua situasi ini, tetapi tidak semuanya sesuai dengan apa yang kami lakukan dengan baik. Perbualan awal menentukan sama ada terdapat padanan. Jika ada, kita beralih kepada sebut harga rasmi. Jika tidak ada, kami katakan begitu.
Pangkalan bekalan acuan suntikan plastik aeroangkasa terdiri daripada acuan komoditi yang berharap untuk berkembang menjadi aeroangkasa kepada kemudahan khusus yang memfokuskan secara eksklusif pada-pemprosesan polimer berprestasi tinggi. Pensijilan tidak boleh membezakan antara mereka. Harga tidak boleh membezakan antara mereka. Keupayaan hanya menjadi jelas melalui penilaian teknikal terperinci atau, malangnya, melalui masalah pengeluaran.
Soalan dalam artikel ini menyediakan rangka kerja untuk penilaian tersebut. Jawapan menentukan sama ada pembekal benar-benar mempunyai perkara yang diperlukan oleh program anda-atau sama ada cadangan mereka mewakili keupayaan yang belum mereka bangunkan.